Dotaz: Stáří vesmíru

Odpověď první: Nejprve technická poznámka: velkými dalekohledy vidíme galaxie až do stáří 500 milionů let po velkém třesku. 500 tisíc let po velkém třesku byl ještě vesmír příliš žhavý na to, aby v něm mohly vznikat hvězdy a galaxie.

Stáří vesmíru není určováno z nějakých výpočtů, ale z měření [vzdálenosti galaxií, tempa rozpínání vesmíru, vlastností reliktního záření aj.], čili jde o pozorovatelný údaj.

Pokud jde o situaci pozorovatele, který se nachází v galaxii vzdálené od nás 13,2 miliardy světelných let, tak přirozeně neuvidí naši Sluneční soustavu, nýbrž jen to místo, kde Sluneční soustava v jeho souřadné soustavě bude pozorovatelná až za nějakých 10 miliard let [v jeho čase]. Neuvidí ani naši Galaxii, protože ta vznikla teprve 12 miliard let po velkém třesku, ale zato uvidí, co se v prostoru dnešní Galaxie odehrávalo před 13,2 miliardy let.

RNDr. Jiří Grygar, CSc.

Odpověď druhá: Základem současné fyzikální kosmologie je především obecná teorie relativity. V standardní kosmologii tedy platí zákony obecné teorie relativity, zatímco zákony speciální teorie relativity platí jen ve speciálních případech. Je zde ještě jeden rozdíl. Zatímco zákony speciální teorie (podobně jako zákony Newtonovy mechaniky) platí ve svém nejjednodušším tvaru pouze v inerciálních systémech, zákony obecné teorie relativity umožňují použití podstatně početnější množiny souřadných systémů.

A tím se dostáváme k jádru dotazu. Dnes preferovaná tzv. standardní kosmologie (nepřesně označovaná jako teorie velkého třesku), jinak také FLRW LAMBDA kosmologie (podle jmen Friedmann, Lemaitre, Robertson, Walker), popisuje modely vesmíru, které jsou maximálně symetrické, jinak řečeno jsou prostorově homogenní a izotropní. Právě tato jednoduchá kosmologie odpovídá nejlépe našemu pozorovanému vesmírnému okolí. A v tomto maximálně symetrickém vesmíru můžeme zavést tzv. univerzální kosmický čas. Je to čas, který ukazují hodiny natažené v okamžiku velkého třesku a umístěné kdekoli v prostoru, kde se poblíž nenachází hmotné objekty se silnou gravitací, hodiny, které se navíc nepohybují velkými relativistickými rychlostmi vůči nejbližším galaxiím. Přibližným příkladem jsou pozemské hodiny natažené v okamžiku velkého třesku.

Jestliže se v populární (ale i odborné) kosmologické literatuře setkáme s pojmem času, ve kterém probíhá rozpínání vesmíru, jde téměř vždy o tento univerzální kosmický čas. (Nikoli tedy o čas ve smyslu speciální teorie relativity, s jeho z hlediska laika poněkud zrůdnou definicí současnosti za pomoci synchronizace prostřednictvím světelných signálů.)

Máme-li tedy dva pozorovatele, jednoho pozemského, druhého na vzdálené galaxii, kterou pozemský pozorovatel vidí takovou, jakou byla před 13 miliardami let, vidí naopak tamější pozorovatel Zemi a Slunce dnes takové, jaké byly také před 13 miliardami let. Čili nevidí ani Zemi, ani Slunce, ale vidí tady jenom nějaké mlhoviny, z nichž jednou naše soustava vznikne. Pokud bychom v této souvislosti chtěli hovořit o současném pozorování, šlo by o současnost ve smyslu univerzálního kosmického času, nikoliv o relativní současnost ve smyslu speciální teorie relativity.

Závěrem bych chtěl poznamenat, že letěl-li ze vzdálené galaxie světelný signál k nám 13 miliard let, vůbec to neznamená, že tato galaxie musí být od nás vzdálena (tzv. vlastní vzdálenost) 13 miliard světelných let.

Při rozpínání vesmíru nelze redukovat obecnou teorii relativity na speciální teorii relativity, jinak řečeno neplatí zákon konstantní rychlosti světla ani zrůdný zákon relativistického sčítání rychlosti. Rychlost světla se s rychlostí rozpínání vesmíru sčítá úplně obyčejně podle pravidel sčítání reálných čísel. Takže světlo jednak letí rychlostí světla, a ještě ho navíc unáší rozpínající se prostor. Čili např. v Einstein de Sitterovském (mezním) vesmíru je poloměr horizontu (tj. vzdálenost, do níž světlo rozsvícené v okamžiku velkého třesku dorazilo do dneška) nikoli cT (kde T je stáří vesmíru), ale 3cT.

Tak to vyjde z obecné teorie relativity a zatím všechno, co z OTR vyšlo, se nakonec potvrdilo pozorováním.

RNDr. Petr Brodský